(57)【要約】【課題】非線形係数およびＮＡが大きい光ファイバと同光ファイバよりもモードフィールド径が１μｍ以上大きい石英系光ファイバとをパワー調芯により融着した際の接続損失を安定して低くすることができるようにする。【解決手段】波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率が１．５以上であるガラスによってコアガラスが囲まれＮＡ≧０．３の光ファイバであって、前記光に対するモードフィールド径をＤとして、クラッドが、直径が（Ｄ＋１μｍ）超７０μｍ以下である領域中の幅１０μｍ以上の層においてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる１種以上の光吸収元素を含有し、直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である領域においては前記層において含有される光吸収元素を含有しない光ファイバ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が１５５０ｎｍの光に対する屈折率が１．５以上であるガラスによってコアガラスが囲まれ開口数が０．３以上である光ファイバであって、前記光に対するモードフィールド径をＤとして、クラッドが、直径が（Ｄ＋１μｍ）超７０μｍ以下である領域中の幅１０μｍ以上の層においてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる１種以上の光吸収元素を含有し、直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である領域においては前記層において含有される光吸収元素を含有しない光ファイバ。
【請求項２】
前記層が含有する光吸収元素がＣｏのみであり、同層におけるＣｏの質量百万分率表示含有量が１２５〜５００００ｐｐｍである請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光ファイバと波長が１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径が（Ｄ＋１μｍ）以上である光ファイバとが融着されている融着光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開口数（ＮＡ）が大きい非石英系光ファイバであってモードフィールド径が同光ファイバよりも１μｍ以上大きい石英系光ファイバとの融着に好適な光ファイバ、および、そのような非石英系光ファイバと石英系光ファイバとが融着された融着光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
高度情報処理社会やマルチメディアの実現のためには、大容量の情報を超高速で処理する必要があり、そのためには従来のエレクトロニクス処理に代わる光処理技術が不可欠である。この光処理技術を実現するために、波長変換素子、超連続白色光発生素子、光スイッチ素子等の非線形光学素子の開発が行われている。
このような非線形光学素子に適用すべきガラスとして、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、光通信に用いられる単一モード光ファイバとしては石英系光ファイバが広く用いられている。したがって、先に述べたような光処理技術を実現するためにはたとえばＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系光ファイバと石英系光ファイバとの融着技術が必須となるが、そのような技術はすでに開示されている（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１３６４０号公報
【特許文献２】特開２００２−４８９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は特許文献２で開示されている融着技術を用いて、３次非線形係数（γ）およびＮＡが大きいＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系光ファイバと同光ファイバよりもモードフィールド径が１μｍ以上大きい石英系光ファイバとをパワー調芯により融着しようとしたところ接続損失を安定して小さくすることができないという問題に直面した。
本発明はこのような問題を解決できるＮＡが大きい非石英系光ファイバおよびそのような非石英系光ファイバと石英系光ファイバが融着されている融着光ファイバの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、波長が１５５０ｎｍの光に対する屈折率が１．５以上であるガラスによってコアガラスが囲まれ開口数が０．３以上である光ファイバであって、前記光に対するモードフィールド径（ＭＦＤ）をＤとして、クラッドが、直径が（Ｄ＋１μｍ）超７０μｍ以下である領域中の幅１０μｍ以上の層においてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる１種以上の光吸収元素を含有し、直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である領域においては前記層において含有される光吸収元素を含有しない光ファイバを提供する。
また、前記光ファイバとＭＦＤが（Ｄ＋１μｍ）以上である光ファイバとが融着されている融着光ファイバを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
ＮＡが大きい非石英系光ファイバであって、ＭＦＤが同光ファイバよりも１μｍ以上大きい石英系光ファイバとパワー調芯融着したときに接続損失を安定的に小さくできる非石英系光ファイバが得られる。
また、ＮＡが大きい非石英系光ファイバとＭＦＤが同光ファイバよりも１μｍ以上大きい石英系光ファイバとが融着された融着光ファイバであって接続損失が安定的に小さなものが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の光ファイバは典型的には波長が９００〜１７００ｎｍの光通信に用いられる。
本発明の光ファイバとしてはたとえば前記γが１０Ｗ−１ｋｍ−１以上、典型的には３００Ｗ−１ｋｍ−１以上であるようないわゆる非線形光ファイバが挙げられる。
以下では本発明の光ファイバが単一モード非線形光ファイバである場合についての典型例を挙げるが、本発明はこれに限定されない。
【０００９】
本発明の光ファイバのＮＡは０．３以上であるが、典型的には０．４〜０．７である。
本発明の光ファイバのＭＦＤすなわちＤは典型的には１〜５μｍである。１μｍ未満では単一モード石英系光ファイバと融着した場合の接続損失を小さくできなくなるおそれがある。５μｍ超では有効コア断面積が大きくなりγが小さくなるおそれがある。好ましくは３μｍ以下である。
本発明の光ファイバのコアはガラスであり、典型的には、波長が１５５０ｎｍの光に対する屈折率（ｎ）は１．５５〜２．５、コア径は１〜５μｍである。
【００１０】
コアガラスとしては、モル％表示でＢｉ２Ｏ３  ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ３  １２〜４５％、Ｇａ２Ｏ３  １〜２０％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜２０％、ＺｎＯ  ０〜２０％、ＢａＯ  ０〜１５％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＧｅＯ２  ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ  ０〜１５％、ＳｎＯ２＋ＴｅＯ２＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＷＯ３  ０〜１０％、ＣｅＯ２  ０〜５％から本質的になるものが例示される。なお、当該例示ガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の光ファイバの使用目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよく、その場合当該その他の成分の含有量の合計は１０モル％以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の光ファイバのクラッドは直径方向において組成が一定ではないので、ｎも通常は同方向において一定ではない。
【００１２】
コアガラスを囲むガラスすなわちコアガラス近傍のガラスにおいてｎは１．５以上ｎｉ未満であり、当該ガラスは石英ガラスではない。ここで、コアガラス近傍のガラスとはクラッドのうちコア表面から３μｍまでのガラス、ｎｉはコアガラスのｎである。
ｎｏ１をコアガラス近傍のガラスのｎとして、典型的には、ｎｏ１は１．５〜２．２であり、（ｎｉ−ｎｏ１）は０．００５〜０．２であることが好ましい。
（ｎｉ−ｎｏ１）が０．００５未満では有効コア断面積が大きくなりγが小さくなるおそれがある。より好ましくは０．０２以上、特に好ましくは０．０５以上、最も好ましくは０．０８以上である。０．２超では単一モード条件が成立しなくなるおそれがある。より好ましくは０．１５以下である。
【００１３】
クラッドは、本発明の光ファイバを石英系光ファイバとパワー調芯融着したときの接続損失を安定的に小さくするために、直径が（Ｄ＋１μｍ）超７０μｍ以下である領域中の幅（本発明では、直径が異なる２個の同心円ではさまれる領域の幅を当該２個の同心円の直径差とする。）が１０μｍ以上の層（以下、この層を光吸収層という。）においてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる１種以上の光吸収元素を含有する。前記領域は典型的には直径が３０μｍ以上である領域である。
【００１４】
光吸収層は前記領域の外周すなわち直径７０μｍの位置まで存在し、さらにその外側すなわち直径が７０μｍ超の領域においても光吸収層が含有するのと同じ光吸収元素を含有する層が続く。このような層は存在しても本発明の目的を損なうものではないが、本発明でいう光吸収層ではない。
【００１５】
光吸収層が含有する光吸収元素としてはＣｏまたはＥｒが典型的である。なお、同層は光吸収効果をより高くするためにＯＨ基を含んでもよい。
光吸収層の幅は典型的には２０〜３０μｍである。なお、３０μｍ超にしても前記接続損失を安定的に小さくする効果は必ずしも増大しない。
光吸収層の内側（コア側）境界の直径は５０μｍ以下であることが好ましい。５０μｍ超では前記接続損失を安定的に小さくすることができなくなるおそれがある。
【００１６】
光吸収層が光吸収元素としてＣｏのみを含有する場合について同層による波長が１５５０ｎｍの光に対する減衰効果を調べたところ、その減衰率α（単位：ｄＢ）、同層中のＣｏの質量百万分率表示含有量ｍ（単位：ｐｐｍ）および光ファイバ長さｚ（単位：ｍ）との間には次式が成立し、次式中のａが１．６×１０−１であることを見出した。
α＝ａ×ｍ×ｚ
Ｃｏの代わりにＥｒを含有する場合についても同様のことが認められ、Ｅｒに係るａは３．９×１０−３であった。
なお、前記αは好ましくは２０ｄＢ以上、より好ましくは４０ｄＢ以上である。
【００１７】
αを４０ｄＢ以上としたい場合、光ファイバの長さが２ｍであってＣｏのみを含有する場合には前記ｍは１２５ｐｐｍ以上、同じくＥｒのみを含有する場合にはｍは５０６０ｐｐｍ以上であることがそれぞれ好ましい。
一方、同層中の光吸収元素の含有量は５００００ｐｐｍ以下であることが好ましい。５００００ｐｐｍ超ではガラスが不安定になるおそれがある。より好ましくは１００００ｐｐｍ以下である。
【００１８】
伝送損失を増大させないために、直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である領域は少なくとも光吸収層が含有する光吸収元素を含有しない。当該光吸収元素は、直径が（Ｄ＋１μｍ）超
（Ｄ＋３μｍ）未満である領域においても含有されないことが好ましい。
【００１９】
クラッドのｎは先にも述べたように通常直径方向において一定ではなく、典型的にはｎが異なる２個以上の層からなる。
クラッドが光吸収層と当該層が含有する光吸収元素を含有しない層（以下、光透過層という。）とからなり各層内のｎが均一である場合、クラッドはｎが異なる２個の層からなる。コアを直接囲む層は光透過層であってそのｎは前記ｎｏ１であり、その外側の層は光吸収層であってそのｎをｎｏａとすると、（ｎｏ１−ｎｏａ）は０．００５〜０．２であることが好ましい。
【００２０】
クラッドはこのようなｎが均一な層からなることが典型的であり、このような層を３個以上有する等の場合には直径方向の屈折率分布はステップ状になり、たとえば光吸収層の内側にこのようなステップ状の屈折率分布を設けてもよい。
【００２１】
長さ２ｍの本発明の光ファイバについて、波長１３１０ｎｍの光に対するニアフィールドパターン（ＮＦＰ）から次式によって求められるＭは６０％以下であることが好ましい。６０％超では本発明の光ファイバをＭＦＤが１μｍ以上大きい石英系光ファイバとパワー調芯融着して得られる融着光ファイバのノイズが大きくなるおそれがある。より好ましくは５０％以下、特に好ましくは４０％以下である。
Ｍ＝（Ｉｔｏｔａｌ−Ｉｅ）×１００／Ｉｔｏｔａｌ
ここで、ＩｔｏｔａｌはＮＦＰ全域におけるビームカウント数、ＩｅはＮＦＰの、パワーがピークパワーのｅ−２以上である領域におけるビームカウント数である。
【００２２】
光吸収層のガラスとしては、前記コアガラスとして例示したガラスに光吸収元素を含有させたものが、当該光吸収元素を含有しない領域のガラスとしてはやはり前記コアガラスとして例示したガラスがそれぞれ例示される。なお、通常はこれらガラスのｎは先にも述べたように互いに異なり、したがって、適切に決定されたそれらの組成はやはり互いに異なる。
【実施例】
【００２３】
表１のＢｉ２Ｏ３からＣｏまでの欄にＢｉ２Ｏ３からＣｅＯ２まではモル％表示で、Ｃｏは質量百万分率表示でそれぞれ示す組成となるように原料を調合、混合し、ガラスＡ〜Ｄを作製した。また、これらガラスのｎを同表に示す。
【００２４】
【表１】
2005300975.tif 000002
【００２５】
これらガラスを用いて、表２のコアガラスからクラッド第３層外径またはクラッド第１層外径までの欄に使用ガラスおよび外径を示す断面構造を有する光ファイバ１〜３を作製した。すなわちロッドインチューブを行ってプリフォームを作製し線引きを行って光ファイバ１〜３を作製した。光ファイバ１は実施例、光ファイバ２、３は比較例である。
光ファイバ１〜３の光吸収層の幅、ＭＦＤおよびＮＡを同表に示す。
【００２６】
【表２】
2005300975.tif 000003
【００２７】
長さ４ｍの光ファイバ１〜３と、コア径が２．３μｍ、クラッド径が１２５μｍ、ＭＦＤが４．０μｍ、ＮＡが０．３５、コアのｎが１．４７、長さが１ｍである単一モード石英系光ファイバとを、以下に示すようにしてパワー調芯融着して融着光ファイバ１〜３を作製した。
【００２８】
２本の光ファイバの融着接続すべき端面を突き合わせ、石英系光ファイバの当該端面から２６０μｍ離れている部分の温度が最も高くなるような放電加熱を行って前記ファイバの端面温度を上昇させることにより端面を融合した。
電極間放電は、放電加熱用電極先端間の距離を１．０ｍｍ、前放電電流を１８ｍＡ、前放電時間を０．０４秒、放電電流を１８ｍＡ、放電時間を０．０１秒、放電回数を３０回、放電休止時間を０．０４秒、ファイバ押し込み量を６μｍとして行った。また、放電電極としては、先端の円錐部分の底辺部の直径が１ｍｍ、円錐部分の高さが１．２ｍｍであるタングステン製電極を用いた。
【００２９】
このようなパワー調芯融着をそれぞれ７回行い、各７本の融着光ファイバ１〜３を得た。
これら融着光ファイバについて前記Ｍ、接続損失を測定した。それらの平均値および接続損失の３σ値を表に示す。
融着光ファイバ１はＭおよび接続損失が小さいだけでなく接続損失のばらつきも小さい。このことから光ファイバ１は前記石英系光ファイバとの融着に際して接続損失を安定的に小さくできるものであることがわかる。
【００３０】
【表３】
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